液压课程设计某卧式单面多空钻孔机床液压系统的设计计算.docx
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液压课程设计某卧式单面多空钻孔机床液压系统的设计计算
液压与气压传动课程设计
某卧式单面多空钻孔机床液压系统的设计计算
系别：
机械工程与自动化学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
081
姓名：
罗龙
学号：
0802055001
指导老师：
肖志权
完成日期：
2011年12月16日
一、负载分析。
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二、液压系统方案设计
（一）确定液压泵类型及调速方式。
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（二）选用执行元件。
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（三）快速运动回路和速度换接回路。
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（四）换向回路的选择。
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三、液压系统的参数计算
（一）工作台液压缸参数计算。
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（二）液压泵的参数计算。
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（三）电动机的选择。
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四、液压元件的选择。
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五、验算液压系统性能
（一）压力损失的验算。
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（二）液压系统的发热和温升计算。
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六、参考文献。
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任务书
一、设计课题
设计一台卧式单面多轴钻孔机床的液压传动系统，有三个液压缸，分别完成钻削（快进、工进、快退）、夹紧工件（夹紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。
其工作循环为：
定位→夹紧→快进→工进→快退→拔销松开，如图1所示。
二、原始数据
1.主轴数及孔径：
主轴6根，孔径Φ14mm；
2.总轴向切削阻力：
12400N；
3.运动部件重量：
9800N；
4.快进、快退速度：
5m/min;
5.工进速度：
0.04~0.1m/min
6.行程长度：
320mm，快进行程：
230mm；
7.导轨形式及摩擦系数：
平导轨，
8.加速、减速时间：
大于0.2秒；
9.夹紧力：
5000~6000N
10.夹紧时间：
1~2秒；
11.夹紧液压缸行程长度：
16mm。
三、系统设计要求
1.夹紧后在工作中如突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降时，夹紧缸保持夹紧力；
2.快进转工进时要平稳可靠；
3.钻削时速度平稳，不受外载干扰，孔钻透时不前冲。
四、设计内容要求根据原始数据和系统设计要求，完成：
1.根据设计要求以及附图，绘制液压系统原理图，并完成系统电磁铁动作顺序表。
2.在附图的基础上，若系统油源改为双泵供油（即一个大泵和一个小泵），重新设计并绘制系统原理图。
3.对系统进行设计计算，从而对主要液压元件进行选型（除液压缸外），给出液压元件明细表，包含元件名称、主要参数、型号规格，包含电机选型，液压缸计算出缸径、行程等主要参数。
4.进行设计验算（发热验算、压力损失等）。
5.设计一个液压阀块（油路块、阀块），其上安装至少3-4个液压元件，可选阀块方案：
①附图上，元件3、7、8、9
②附图上，元件3、7、4、5
③附图上，元件8、10、11、12
④附图上，元件12、13、14、15
选取上述阀块中的一种，要求绘制阀块的二维设计工程图，表明加工所需要的信息（材料、公差、粗糙度、技术说明、加工工艺等）。
6.液压阀块的三维建模，验证钻孔符合要求。
用Pro/E或者SolidWorks等软件，绘制其三维实体图。
7.可选部分，在阀块三维实体的基础上，将安装在阀块上的液压阀、过滤器、液压附件三维建模并安装于阀块上。
五、最后提交内容（电子稿和打印稿各一份）
1.设计说明书一份，内容及格式参看文献[1]或[2];
2.系统原理图一份，含电磁铁动作顺序表，主要元件明细表；（A3）
3.双泵供油方案的系统原理图一份，含电磁铁动作顺序表，主要元件明细表；（A3）
4.液压阀块二维CAD零件图（A3，比例尺1:
1或1:
2）
5.液压阀块三维实体图（图例见附图1，附图2）;
6.可选部分，包含液压阀块、阀块安装件的三维实体图（见附图3）。
六、评分标准
1．根据设计说明书、图纸质量、答辩情况评定成绩
2．评分比例：
设计说明书（40%）、图纸质量（30%）、答辩（40%）。
七、答辩分组说明：
根据设计任务，按照班级人员，每5人为一个小组，每组成员除了完成系统的设计计算、元件选型、回路分析以外，分别重点完成各自任务内容，并在答辩时候，分别重点回答任务相关问题，包括：
（1）油源处元器件选型过程与依据；
（2）钻销液压缸（附图上元件16）速度控制
（3）液压阀块设计
（4）各液压缸压力流量分析及主要参数计算
（5）系统动作顺序的实现，含电磁铁动作顺序表
参考文献：
[1]许福玲、陈尧明.液压与气压传动（第三版）[M].北京：
机械工业出版社，2007
[2]成大先.机械设计手册（第五版）[M].北京：
化学工业出版社，2008
一、负载分析
负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：
切削力，导轨摩擦力和惯性力。
导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为，动摩擦力为,则
而惯性力
（取t=0.3s）
如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.95，则液压缸在各个工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。
表1液压缸各运动阶段负载表
运动阶段
计算公式
总机械负载
启动
F=
2063
加速
F=（F+F）/
1324
快进
F=F/
1032
工进
F=（F+F）/
14084
快退
F=F/
1032
根据伏在计算结果和意志的各阶段的速度，可绘出负载（F-）和速度图（-），见下图。
横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。
a）负载图b）速度图
一、液压系统方案设计
（一）确定液压泵类型及调速方式
参考同类组合机床，选用单作用叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。
为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值P=1.0MP。
（二）选用执行元件
因系统动作循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积等于有杆腔面积的两倍。
（三）快速运动回路和速度换接回路
根据本例的运动方式和要求，采用差动连接回路来实现快速运动。
即快进时，液压缸差动连接。
本例采用二位二通行程阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。
工作台压下行程阀时，工作台由快进转为工进。
另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。
因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。
（四）换向回路的选择
本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。
为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。
组成液压系统绘原理图
将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图所示的液压系统图。
为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。
这样只需一个压力表即能观测各点压力。
液压系统中个电磁铁的动作顺序如下表：
表2电磁铁动作顺序表
1Y
2Y
3Y
定位
-
-
-
夹紧
-
-
-
快进
+
-
-
工进
+
-
-
快退
-
+
-
松开
-
-
+
二、液压系统的参数计算
（一）工作台液压缸参数计算
1.初选液压缸的工作压力
参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为
2.确定液压缸的主要结构尺寸
本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞固定的单杆式液压缸。
快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积等于有杆腔面积的两倍，即。
为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，由表8—2，初选背压由表1可知最大负载为工进阶段的负载F=14084N，按此计算则
液压缸直径
由可知活塞杆直径
按GB/T2348—1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。
元整后得
D=8㎝d=5.6㎝
按标准直径算出
按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度为最小速度，则由式（8-11）
本例，满足最低速度的要求。
3.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率
根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压代入，快退时背压按代入计算公式和计算结果列于表3中。
表3液压缸所需的实际流量、压力和功率
工作循环
计算公式
负载F
进油压力
回油压力
所需流量q
输入功率P
N
L/min
kW
差动快进
1032
0.193
工进
（v=0.06）
14084
快退
1032
其中。
（二）液压泵的参数计算
由表3可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差为，则液压泵最高工作压力可按式（8—5）算出
因此泵的额定压力可取。
由表3可知，工进时所需流量最小是，设溢流阀最小溢流量为，则小流量泵的流量按式（8—16）应为：
，
快进快退时液压缸所需的最大流量是12.81L/min，则泵的总流量为：
。
根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YBX-A16N型的变量叶片泵，该泵压力调节范围，额定转速。
（三）电动机的选择
下面分别计算3个阶段所需要的电动机功率。
1.差动快进
差动快进时，大腔的压力，查样本可知，泵的出口压力损失，所以泵的出口压力为，总效率为0.65。
泵的流量：
电动机功率
2.工进
考虑到调速阀所需最小压力差。
因此工进时泵的出口压力，总效率为0.6。
泵的流量：
电动机功率：
3.快退
液压泵最大工作压力，液压泵的输出流量泵的流量，总效率为0.7
电动机功率
综合比较，快退时所需功率最大。
据此查样本选用选用Y90L-2异步电动机，电动机功率2.2KW。
额定转速2840r/min.
三、液压元件的选择
1.液压阀及过滤器的选择
根据液压阀所在系统中得最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。
本系统中所有阀的额定压力都为，额定流量根据各阀通过的流量，确定为
表4液压元件明细表
序号
元件名称
最大通过流量/
型号
1
单叶片变量泵
16
YBX-A16N
2
过滤器
32
XU-B32×100
3
三位五通电磁阀
32
DG4V-3
4
单向阀
16
CRG-03-04-50
5
调速阀
0.5
QA-H10
6
二位二通行程阀
32
UCF1G-03-4-40-10
7
单向阀
16
CRG-03-04-50
8
液控顺序阀
0.25
DZ5DP1
9
升级会员 